超疏水船用钢板表面制备及其抗海洋生物附着性能研究

【摘要】舰船是人类开发和利用海洋的最重要的工具,其使用中遇到的最大的问题是不可避免地遭受海洋生物的附着。传统的抗附着涂料利用有毒重金属离子的释放来消除附着生物,严重地污染环境。仿生学研究发现,在海洋中生活的大多数生物依据其特殊的表面形貌能够抵制多种海洋生物的附着。“鲨鱼皮”效应打破了人们对于粗糙表面不具有抗附着性能的传统观点,为超疏水表面在抗附着领域的应用奠定了基础。该方式从生物抗附着的机理出发,不存在毒性物质的释放损耗问题,具有广谱性和高效性。本文以应用最为广泛的Q235A级船用钢板为研究对象,将激光加工与纳米粒子涂覆相结合,构筑仿生微纳双层结构制备超疏水表面。利用静态沉浸实验和动态冲刷实验测试其抗海洋生物附着性能,得到如下结果：1.利用激光加工在Q235A级船用钢板表面构筑点阵,直线,网格3种微结构,并涂装防锈漆。利用正交实验研究不同稀释比例、喷涂距离及喷涂时间对防锈漆膜厚度的影响。结果显示,当喷涂距离为60mm,喷涂时间为3s,稀释比例为4：3时,漆膜厚度达到31μm。2.相同间距下,网格试样接触角最大,其次是直线试样,点阵试样接触角最小。随着间距的逐渐增大,点阵试样的接触角逐渐减小,滚动角逐渐增大；但网格及直线试样接触角均先增大后减小,滚动角先减小后增大。间距为200μm的网格试样接触角可达156.2°,滚动角仅为3.55°。3.将试样静置于实验室培养的小球藻藻液中进行静态沉浸实验,15天后取出试样,利用photoshop中的图层分色技术统计小球藻的附着面积。同样的间距,网格试样表面附着最少,其次是直线试样,点阵试样附着最多。试样表面疏水性能越强,附着量越小。4.将试样固定在搅拌器上并放置于海水中以相当于船速10节的线速度旋转,测试试样表面小球藻的附着强度。结果表明,具有微结构表面小球藻的附着强度显著低于抛光表面。且随表面滚动角的减小,脱附比例增大。说明制备具有较小的滚动角的表面,有助于附着的小球藻脱附,提高表面的抗附着性能。本研究表明,符合Cassie模型的超疏水表面比符合Wenzel模型的超疏水表面具有更强的抗附着性能。本研究为舰船的抗海洋生物附着提供了新的方法和技术支持。
【作者】常春晖；
【导师】连峰；李全普；
【作者基本信息】大连海事大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】船用钢板；激光加工；超疏水表面；抗附着性能；

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